Баланс переохолодження
Конденсат виходить із-нагрітого парою PTFE теплообмінника з температурою, нижчою за температуру насичення парою. Ця різниця температур є ступенем переохолодження. Якщо конденсат скидається надто гарячим-із занадто невеликим переохолодженням-він спалахує, перетворюючись на пару в лінії повернення конденсату-нижчого тиску. Вивільнена пара представляє втрачену енергію, яку має компенсувати котел. Якщо конденсат переохолоджується занадто сильно, лінія конденсату охолоджується, і ризик гідроудару через конденсаційні парові кишені зменшується-, але теплообмінник може працювати із залитими трубами, зменшуючи ефективну площу поверхні.
Оптимальний ступінь переохолодження врівноважує ці конкуруючі фактори. Він забезпечує достатнє охолодження, щоб мінімізувати миттєву втрату пари, одночасно підтримуючи температуру конденсату достатньо високою, щоб труби теплообмінника не були заповнені резервним{1}}конденсатом.
Для PTFE теплообмінників оптимальний діапазон переохолодження дещо відрізняється від металевих теплообмінників, оскільки PTFE труби мають меншу теплову масу та швидше реагують на зміни рівня конденсату.
Механізм Flash Steam
Конденсат при температурі та тиску насичення містить відчутну теплоту при ентальпії насичення. Коли цей конденсат проходить через конденсатовідвідник у зворотну лінію-нижчого тиску, надлишкова ентальпія змушує частину конденсату швидко перетворюватися на пару. Частка, яка спалахує: частка спалаху=(hf1 - hf2) / hfg2, де hf1 — це ентальпія конденсату при тиску вище за течією, hf2 — це ентальпія конденсату при тиску за течією, а hfg2 — це приховане тепло при тиску за течією.
Для скидання конденсату із системи тиску 3 бар (143 градуси) в атмосферну зворотну лінію (100 градусів) частка спалаху становить приблизно 10%. З одного кілограма конденсату утворюється 0,1 кг пари. Ця миттєва пара рухається по зворотній лінії, часто викидаючись в атмосферу в приймачі конденсату. Втрачена пара повинна бути замінена додатковим розпалюванням котла.
Переохолодження конденсату перед проходженням через уловлювач зменшує фракцію спалаху. При переохолодженні на 10 градусів (розрядка при 133 градусах замість 143 градусів) частка спалаху падає приблизно до 6%. При переохолодженні до 20 градусів вона знижується до 2%.
Таблиця 1: Співвідношення миттєвої пари та переохолодження (пара 3 бар, повернення атмосферного конденсату)
| Температура випуску конденсату (градус) | Ступінь переохолодження (градус) | Фракція швидкої пари (%) | Втрати енергії (кВт на 100 кВт) | Ризик гідроудару | Ризик затоплення труб |
|---|---|---|---|---|---|
| 143 (насичений) | 0 | 10 | 3.5 | Високий (дво{0}}фазний потік у зворотній лінії) | Жодного |
| 138 | 5 | 7.5 | 2.6 | Помірний | Дуже низький |
| 133 | 10 | 5.5 | 1.9 | Низький | Низький |
| 128 | 15 | 3.5 | 1.2 | Дуже низький | Помірний |
| 123 | 20 | 2.0 | 0.7 | Жодного | Високий (ймовірно, затоплені труби) |
Метод контролю переохолодження PTFE
Переохолодження контролюється конструкцією відведення конденсату, а не регулятором температури. Поплавковий-і-термостатичний конденсатовідвідник належного розміру забезпечує герметичність конденсату в дренажній лінії, одночасно скидаючи конденсат безперервно. Ущільнювач запобігає проходженню пари через сифон. Безперервний розряд дозволяє уникнути періодичних слизів, які викликають гідроудар.
Природне переохолодження, яке відбувається під час стікання конденсату через трубки теплообмінника з PTFE та колектор конденсату, забезпечує переохолодження на 5-10 градусів без додаткового обладнання. Стінка PTFE трубки з боку конденсату контактує з технологічною рідиною, яка має нижчу температуру, ніж пара. Коли конденсат стікає вздовж цієї стінки, вона охолоджується.
Якщо потрібне додаткове переохолодження, його забезпечує невелика довжина непідігрітого трубопроводу конденсату між теплообмінником і сифоном. Труба виконує роль теплообмінника між конденсатом і навколишнім повітрям. Для систем PTFE це рідко потрібно, оскільки природне переохолодження на 5-10 градусів є близьким до оптимального.
З'єднання гідроудару
Гідравлічний удар у лініях повернення конденсату спричинений руйнуванням парових кишень. Коли миттєва пара та переохолоджений конденсат співіснують у трубі, бульбашки пари швидко згортаються під час конденсації. Пузир, що руйнується, створює локальний вакуум, який втягує навколишню рідину всередину. Удар рідких мас створює ударний імпульс тиску.
Усунення миттєвої пари шляхом підтримки 10-15 градусів переохолодження усуває джерело бульбашок пари. Лінія повернення конденсату тече як однофазна рідина, яка є тихою та механічно безпечною. Втрати енергії від миттєвої пари зменшуються на 50-65% порівняно з скиданням насиченого конденсату.
Резюме
Оптимальний ступінь переохолодження конденсату для PTFE теплообмінників становить 10-15 градусів. Це зменшує миттєві втрати пари до 3,5-5,5% від загального потоку пари в порівнянні з 10% для насиченого випуску, зберігаючи дренаж труби без затоплення. Природне переохолодження, яке відбувається, коли конденсат стікає через PTFE труби та колектор, забезпечує більшу частину цього переохолодження без додаткового обладнання.
Переохолодження на 10-15 градусів також усуває гідроудар, забезпечуючи однофазний потік рідини в лінії повернення конденсату. Економія енергії за рахунок скорочення викидів пари в поєднанні зі скороченням обслуговування через усунення гідроударів забезпечує швидке повернення будь-яких інвестицій в оптимізацію конденсаційної системи.
Технічні рекомендації щодо конструкції конденсатної системи теплообмінника з ПТФЕ доступні після надання тиску пари, тиску в системі повернення конденсату, нагрівання та будь-яких спостережуваних гідроударів або високих температур конденсату.
